淺析微波消解技術(shù)及其在分析化學(xué)中的應(yīng)用

程麟棋 丁皓雪

【摘? 要】微波技術(shù)具有取樣時(shí)間短、選擇性好、回收率高等優(yōu)勢(shì)，還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，所以被廣泛應(yīng)用于設(shè)備研究機(jī)制討論等領(lǐng)域。微波消解技術(shù)是基于微波技術(shù)發(fā)展演變而來(lái)。通過(guò)利用微波消解能夠快速準(zhǔn)確地判斷樣品質(zhì)量，還能夠提高消解速度，減少消解污染的問(wèn)題。本文針對(duì)微波消解技術(shù)的主要機(jī)制進(jìn)行分析，明確微波消解技術(shù)在化學(xué)分析中的實(shí)際應(yīng)用，從而有效推動(dòng)分析化學(xué)的快速發(fā)展，為未來(lái)微波技術(shù)發(fā)展作出重要的參考。

【關(guān)鍵詞】微波消解技術(shù);分析化學(xué);應(yīng)用策略

引言

微波主要是指2450Hz頻率微波輻射，在液體中具有較強(qiáng)的穿透力，還能夠促進(jìn)液體快速吸收，材料物理，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)和物理反應(yīng)，微波的熱效應(yīng)來(lái)源于非常快速旋轉(zhuǎn)的熱力學(xué)函數(shù)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于微波的控制水平也在不斷提高。在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中，通過(guò)運(yùn)用微波消解技術(shù)能夠在密閉的空間促進(jìn)樣品的消解效率，有效減少樣品的揮發(fā)，確保分析化學(xué)的整體質(zhì)量全面增強(qiáng)。

1.微波的加熱原理與特點(diǎn)

1.1微波加熱原理

在對(duì)物品加熱時(shí)，最常見(jiàn)的包括兩種，一種是通過(guò)對(duì)流傳導(dǎo)輻射的方式，對(duì)材料進(jìn)行加工，這種加工的方式效率非常低，需要等待時(shí)間長(zhǎng)，另一種則是利用微波加熱，分子以及非極性分子電介質(zhì)微波電磁場(chǎng)，會(huì)形成一個(gè)偶極子，隨著高頻交變磁場(chǎng)的快速振動(dòng)，分子會(huì)重新排列組合，并且克服干燥運(yùn)動(dòng)和分子的互相作用，產(chǎn)生出快速摩擦放出熱量。微波加熱時(shí)冷源加熱與傳統(tǒng)的加熱方式有著本質(zhì)區(qū)別。

1.2微波加熱的主要特點(diǎn)

微波加熱具有時(shí)效性、整體性、選擇性、高效性、安全性等特點(diǎn)，在微波加熱時(shí)，如果微波存在輻射，很快就能夠使物體快速獲得熱量。微波輻射消失加熱也會(huì)立即停止，使物料的表面瞬間失去熱量，這也能夠體現(xiàn)出物料加熱對(duì)時(shí)效性的要求。通過(guò)利用微波加熱的方式能夠有效打破傳統(tǒng)加熱耗時(shí)耗力的特點(diǎn)。利用高能量的微波，能夠快速穿透物體表面，同時(shí)還可以激發(fā)物體內(nèi)部的電磁能量，快速分解形成水分子。在整個(gè)加熱的過(guò)程中，加熱對(duì)象能夠快速變熱，在短時(shí)間內(nèi)傳遞，物體內(nèi)部加熱效果更加均勻，從而有效滿足工業(yè)產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化控制發(fā)展要求。在微波加熱時(shí)，必須要對(duì)加熱材料進(jìn)行嚴(yán)格控制，因?yàn)椴牧暇哂薪梃b特征，所以并不是所有材料都能夠通過(guò)微波進(jìn)行加熱，對(duì)微波的反饋信息存在顯著差異，根據(jù)材料對(duì)微波的反饋效果，能夠通過(guò)微波反射和微波透明進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)微波吸收以及部分微波吸收等不同類別。由于熱損和高溫介質(zhì)占據(jù)較多的成分，利用微波加熱和微波吸收變換，可以直接反射微波，因此加熱設(shè)備的熱損占總能耗的比例很低。微波的能量效率因微波內(nèi)部加熱方式的不同而不同，多數(shù)微波加熱能源也能轉(zhuǎn)換成熱量。與傳統(tǒng)的電加熱相比，微波能有效地降低能源消耗，一般加熱燃燒大量的礦物燃料，產(chǎn)生有毒有害的溫室氣體，微波加熱主要利用電能，因此對(duì)環(huán)境污染很小。微波的非熱效應(yīng)能夠通過(guò)微波輻射物體的方式，確保物體快速活化或抑制，所以微波加熱能夠有效減少對(duì)營(yíng)養(yǎng)的破壞。

2.微波消解技術(shù)在分析化學(xué)中的具體應(yīng)用

2.1微波消解技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

微波消解技術(shù)具有低能耗低污染的特點(diǎn)，所以在環(huán)保領(lǐng)域中能夠發(fā)揮重要作用。微波消解技術(shù)，是關(guān)閉或打開(kāi)容器的重要測(cè)試方法，通過(guò)利用分子間相互發(fā)生快速碰撞，產(chǎn)生劇烈反應(yīng)，形成大量氣體，在密閉的溶解罐中形成高壓，使樣品能夠在高溫高壓環(huán)境下快速消解。例如在對(duì)化學(xué)需氧量測(cè)定時(shí)，通過(guò)利用微波消解的方式能夠?qū)λ|(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，因?yàn)樵诶弥劂t酸鉀法檢測(cè)水質(zhì)樣品時(shí)，往往會(huì)需要更多的樣品以及試劑，整個(gè)檢測(cè)過(guò)程耗時(shí)耗力，不包括滴定時(shí)間樣品，必須至少保持兩個(gè)小時(shí)。在環(huán)境監(jiān)測(cè)時(shí)，通過(guò)利用金屬元素的測(cè)定，能夠提高環(huán)境樣品消解效率，利用微波與其他的分析測(cè)試方法相比較而言，能夠?qū)饘僭亍⑾⊥猎睾外}元素進(jìn)行快速測(cè)定。利用微波消解技術(shù)還能夠?qū)Ψ墙饘僭剡M(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定。但是與鉻酸鉀氧化法相比較而言，微波消解技術(shù)對(duì)土壤有機(jī)碳含量檢測(cè)，并沒(méi)有突出優(yōu)勢(shì)。

2.2含水率和其他指標(biāo)的測(cè)試

利用微波加熱干燥和介電常數(shù)測(cè)量等方法，可快速測(cè)定水分含量，可測(cè)定水果、蔬菜、谷物等化學(xué)物質(zhì)的濕度，而且能有效地判斷樣品的總體情況，對(duì)于致熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)的測(cè)定，可采用微波快速測(cè)定環(huán)境毒理學(xué)，單向擴(kuò)散法。

微波消解技術(shù)主要是將樣品封裝在可被微波滲透的高壓密封滅火容器中，以達(dá)到使用2450Hz頻率微波輻射處理樣品的目的。 快速溶解樣品，比現(xiàn)有樣品快5-100倍。大大減少所用樣品和試劑的量。封閉作業(yè)，可減少揮發(fā)和交叉污染。 結(jié)果再現(xiàn)性增強(qiáng); 改善工作環(huán)境，保護(hù)員工免受酸中毒。滅火后，滅火容器（滅菌箱）容易清洗。可以改變溫度和壓力。 為確定植物溶劑中Pb和Cd，采用了石墨爐原子吸收光譜法，確定植物醫(yī)藥材料的冷原子吸收光譜光度計(jì)方法。 李強(qiáng)等人用密封PTFE樣品溶解器和家用微波爐用HNO3-H2O2-HF對(duì)土壤及沉淀物樣品進(jìn)行了分析。 Li Gongke等人研究了微波加熱的方法， 整個(gè)消解過(guò)程只用了兩分鐘，與傳統(tǒng)方法相比，實(shí)驗(yàn)運(yùn)行時(shí)間大大縮短，特別適用于大量試樣的測(cè)定。

3.結(jié)語(yǔ)

隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)食品安全、環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)的要求越來(lái)越高，微波消解作為一項(xiàng)全新的技術(shù)，隨著微波技術(shù)的迅速發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛，但在微波消解過(guò)程中，最主要的還是要實(shí)現(xiàn)微波檢測(cè)儀器和手段的通用化、智能化。

參考文獻(xiàn)

[1]賀亮.淺談微波消解技術(shù)在環(huán)境化學(xué)分析中的應(yīng)用[J].? 化工管理. 2019（09）.

[2]任歡.微波消解技術(shù)在環(huán)境化學(xué)分析中的應(yīng)用探究[J]. 中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量. 2018（10）.

[3]王興啟.研究分析環(huán)境化學(xué)分析中的微波消解技術(shù)[J]. 云南化工. 2017（12）.

作者簡(jiǎn)介：程麟棋（2000.03-），漢族，男，浙江溫嶺人，本科，研究方向?yàn)樗帉W(xué)。

丁皓雪（2000.01-），漢族，女，河南鄭州人，研究方向?yàn)樗帉W(xué)。